CN113569662A - 指纹感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种指纹感测装置。指纹感测装置具有感测区、操作区及周边区，其中操作区位于感测区与周边区之间。指纹感测装置包括基板、感测元件、操作元件、第一信号线、第一平坦层、第一绝缘层以及第一遮光层。感测元件位于感测区。操作元件位于操作区。第一信号线位于周边区。第一平坦层位于基板上，且具有第一沟槽，其中第一沟槽重叠第一信号线。第一绝缘层位于第一平坦层上以及第一沟槽中，且具有第一开口，其中第一开口位于第一沟槽中。第一遮光层位于第一绝缘层上，且通过第一开口连接第一信号线。
Description
技术领域
本发明涉及一种指纹感测装置，尤其涉及一种可防湿及抗静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)的指纹感测装置。
背景技术
指纹辨识功能可支持多种应用，提升使用者体验并增加附加价值，为目前业界的重点开发项目之一。为了提高指纹辨识度，在现有的指纹感测装置中，需要使用有机材料来堆叠足够的厚度，以利微透镜聚焦及光线的准直化，目的是为了得到更清晰的指纹图像。然而，有机材料本身有高吸湿的特性，会增加对导线的腐蚀风险，甚至造成指纹感测装置作动异常。
此外，现有的指纹感测装置为单板电路架构，且无设置金属框架，故尚缺乏抗ESD的保护结构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可防湿及抗ESD指纹感测装置。
本发明的一个实施例提出一种指纹感测装置，具有感测区、操作区及周边区，其中操作区位于感测区与周边区之间。指纹感测装置包括：基板；感测元件，位于感测区；操作元件，位于操作区；第一信号线，位于周边区；第一平坦层，位于基板上，且具有第一沟槽，其中第一沟槽重叠第一信号线；第一绝缘层，位于第一平坦层上以及第一沟槽中，且具有第一开口，其中第一开口位于第一沟槽中；以及第一遮光层，位于第一绝缘层上，且通过第一开口连接第一信号线。
在本发明的一实施例中，上述的操作元件包括驱动元件及测试元件。
在本发明的一实施例中，上述的第一平坦层包括有机材料。
在本发明的一实施例中，上述的第一绝缘层包括无机材料。
在本发明的一实施例中，上述的第一开口重叠第一信号线。
在本发明的一实施例中，上述的金属层包括铝层、钼层、钛层或其组合。
在本发明的一实施例中，上述的第一信号线为接地线或直流电源线。
在本发明的一实施例中，上述的第一平坦层还具有第二沟槽，第二沟槽位于第一沟槽与操作元件之间；第一绝缘层还具有第二开口，第二开口位于第二沟槽中；且第一遮光层位于第二开口中。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测装置于第一遮光层上还依序包括第三平坦层、第二绝缘层以及第二遮光层，其中：第三平坦层具有第三沟槽，第三沟槽重叠第一沟槽；第二绝缘层具有第三开口，第三开口位于第三沟槽中；且第二遮光层通过第三开口连接第一遮光层。
在本发明的一实施例中，上述的第一平坦层还具有第二沟槽，第二沟槽位于第一沟槽与操作元件之间，第一绝缘层还具有第二开口，第二开口位于第二沟槽中，且第一遮光层位于第二开口中。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测装置于第二遮光层上还依序包括第四平坦层、第三绝缘层、第五平坦层、第四绝缘层、第三遮光层以及微透镜结构，其中：第四平坦层、第三绝缘层以及第五平坦层具有第四沟槽，第四沟槽重叠第三沟槽；第四绝缘层具有第四开口，第四开口位于第四沟槽中；且第三遮光层通过第四开口连接第二遮光层。
在本发明的一实施例中，上述的第三遮光层具有第三通孔，且微透镜结构设置于第三通孔中。
在本发明的一实施例中，上述的第三遮光层包括金属层及透明氧化物层。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测装置，还包括第二信号线，且于第一遮光层上还依序包括第三平坦层、第二绝缘层以及第二遮光层，其中：第一信号线位于第二信号线与操作元件之间；第一平坦层还具有第五沟槽，第五沟槽重叠第二信号线；第一绝缘层还具有第五开口，第五开口位于第五沟槽中；第三平坦层具有第六沟槽，第六沟槽重叠第五沟槽；第二绝缘层具有第六开口，第六开口位于第五开口中；且第二遮光层通过第六开口连接第二信号线。
在本发明的一实施例中，上述的第一遮光层包括金属层及透明氧化物层。
在本发明的一实施例中，上述的第二遮光层包括金属层及透明氧化物层。
在本发明的一实施例中，上述的第二信号线为接地线或直流电源线。
在本发明的一实施例中，上述的指纹感测装置适用于显示装置，其中感测元件位于显示装置与基板之间。
本发明的有益效果在于，本发明的指纹感测装置利用沟槽来分隔平坦层，并通过平坦层与绝缘层的有机材料/无机材料叠构来阻绝水气，能够防止有机材料吸收水气，以避免水气影响操作元件的性质。另外，遮光层连接信号线可以导出静电，而能够对指纹感测装置提供抗ESD保护。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是本发明一实施例的指纹感测装置的俯视示意图。
图1B是图1A的指纹感测装置的感测区SA的区域I的放大示意图。
图1C是沿图1B的剖面线A-A’所作的剖面示意图。
图1D是图1A的指纹感测装置的周边区PA的区域II的放大示意图。
图1E是沿图1A的剖面线B-B’所作的剖面示意图。
图1F是沿图1A的剖面线C-C’所作的剖面示意图。
图2A是本发明一实施例的指纹感测装置的俯视示意图。
图2B是沿图2A的剖面线D-D’所作的剖面示意图。
图2C是沿图2A的剖面线E-E’所作的剖面示意图。
图3A是本发明一实施例的指纹感测装置的俯视示意图。
图3B是图3A的指纹感测装置的感测区SA的区域III的放大示意图。
图3C是沿图3B的剖面线F-F’所作的剖面示意图。
图3D是图3A的指纹感测装置的周边区PA的区域IV的放大示意图。
图3E是沿图3A的剖面线G-G’所作的剖面示意图。
图3F是沿图3A的剖面线H-H’所作的剖面示意图。
图4A是本发明一实施例的指纹感测装置的俯视示意图。
图4B是沿图4A的剖面线J-J’所作的剖面示意图。
图4C是沿图4A的剖面线K-K’所作的剖面示意图。
图5A是本发明一实施例的指纹感测装置的俯视示意图。
图5B是图5A的指纹感测装置的感测区SA的区域V的放大示意图。
图5C是沿图5B的剖面线L-L’所作的剖面示意图。
图5D是沿图5A的剖面线M-M’所作的剖面示意图。
图5E是沿图5A的剖面线N-N’所作的剖面示意图。
图6A是本发明一实施例的指纹感测装置的俯视示意图。
图6B是沿图6A的剖面线P-P’所作的剖面示意图。
图6C是沿图6A的剖面线Q-Q’所作的剖面示意图。
图7是本发明一实施例的显示设备的剖面示意图。
附图标记如下：
10：显示设备
100、100A、100B、100C、100D、100E、100F：指纹感测装置
110：基板
120：感测元件
121：第一电极
122：感测层
123：第二电极
130：操作元件
131：驱动元件
132：驱动元件
133：测试元件
200：显示装置
210：像素阵列基板
220：盖基板
A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’、F-F’、G-G’、H-H’、J-J’、K-K’、L-L’、M-M’、N-N’、P-P’、Q-Q’：剖面线
BM1：第一遮光层
BM2：第二遮光层
BM3：第三遮光层
BP1：第一绝缘层
BP2：第二绝缘层
BP3：第三绝缘层
BP4：第四绝缘层
F：手指
I、II、III、IV、V：区域
IC：芯片接合区
IR：红外线遮蔽层
LR：光线
MA：操作区
ML：微透镜结构
OP1：第一开口
OP2：第二开口
OP3：第三开口
OP4：第四开口
OP5：第五开口
OP6：第六开口
PA：周边区
PL1：第一平坦层
PL2：第二平坦层
PL3：第三平坦层
PL4：第四平坦层
PL5：第五平坦层
SA：感测区
SL1：第一信号线
SL2：第二信号线
ST：凹部
T1：第一沟槽
T2：第二沟槽
T3：第三沟槽
T4：第四沟槽
T5：第五沟槽
T6：第六沟槽
TH：孔洞
V1、V2、V3：通孔
具体实施方式
图1A是本发明一实施例的指纹感测装置100的俯视示意图。图1B是图1A的指纹感测装置100的感测区SA的区域I的放大示意图。图1C是沿图1B的剖面线A-A’所作的剖面示意图。图1D是图1A的指纹感测装置100的周边区PA的区域II的放大示意图。图1E是沿图1A的剖面线B-B’所作的剖面示意图。图1F是沿图1A的剖面线C-C’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图1A省略了第一平坦层PL1、第二平坦层PL2以及第一遮光层BM1。
以下，请同时参照图1A至图1F，以清楚地理解指纹感测装置100的整体结构。指纹感测装置100具有感测区SA、操作区MA及周边区PA，其中操作区MA位于感测区SA与周边区PA之间。指纹感测装置100包括基板110、感测元件120、操作元件130、第一信号线SL1、第一平坦层PL1、第一绝缘层BP1以及第一遮光层BM1。感测元件120位于基板110上，且位于感测区SA。操作元件130位于基板110上，且位于操作区MA。第一信号线SL1位于基板110上，且位于周边区PA。第一平坦层PL1位于基板110上，且具有第一沟槽T1，其中第一沟槽T1重叠第一信号线SL1。第一绝缘层BP1位于第一平坦层PL1上以及第一沟槽T1中，且具有第一开口OP1，其中第一开口OP1位于第一沟槽T1中。第一遮光层BM1位于第一绝缘层BP1上，且通过第一开口OP1连接第一信号线SL1。
承上述，在本发明的一实施例的指纹感测装置100中，利用第一沟槽T1来分隔第一平坦层PL1，并通过设置于第一平坦层PL1的上方与侧面的第一绝缘层BP1来阻绝水气，能够防止第一平坦层PL1吸收水气，从而降低水气对操作元件130造成的影响。另外，第一遮光层BM1连接第一信号线SL1可导出静电，而能够对指纹感测装置100提供抗ESD保护。
以下，配合图1A至图1F，继续说明指纹感测装置100的各个元件与膜层的实施方式，但本发明不以此为限。
请参照图1A，基板110可以是透明基板或非透明基板，其材质可以是石英基板、玻璃基板、高分子基板或其他适当材质，但本发明不以此为限。基板110上可设置用以形成例如信号线、驱动元件、测试元件、开关元件、储存电容等的各种膜层。
指纹感测装置100的操作区MA可以位于感测区SA的周边。举例而言，在本实施例中，操作区MA可以围绕感测区SA，但本发明不以此为限。在一些实施例中，操作区MA可以位于感测区SA的一侧。操作区MA中主要设置操作元件130，操作元件130可以包括驱动元件131、132以及测试元件133，但本发明不以此为限。举例而言，在本实施例中，驱动元件131、132可以分别包括栅极驱动电路(Gate on Array)，而测试元件133可以包括用于测试例如感测元件120的测试电路，例如，测试元件133可以包括由多个薄膜晶体管构成的测试电路。
指纹感测装置100的周边区PA可以位于操作区MA的外围。举例而言，在本实施例中，操作区MA围绕感测区SA，且周边区PA围绕操作区MA，但本发明不以此为限。在一些实施例中，操作区MA仅位于感测区SA的一侧，且周边区PA可以围绕在感测区SA以及操作区MA的外围。周边区PA可以包含芯片接合区IC，芯片接合区IC例如可用于设置芯片。
请同时参照图1B以及图1C，指纹感测装置100的感测区SA是指纹感测装置100的主要感测区域，且感测区SA中可以设置多个感测元件120。举例而言，在本实施例中，感测元件120可以包括第一电极121、感测层122以及第二电极123。
在一些实施例中，第一电极121可以位于基板110上。在一些实施例中，第一电极121与基板110之间可以设置例如与第一电极121电性连接的开关元件以及其他绝缘层。第一电极121的材质例如是钼、铝、钛、铜、金、银或其他导电材料或上述两种以上的材料的堆叠。在一些实施例中，感测层122设置于第一电极121上。感测层122的材质例如是富硅氧化物(Silicon-rich oxide，SRO)或其他合适的材料。在一些实施例中，第二电极123位于感测层122上，使得感测层122被夹于第一电极121与第二电极123之间。第二电极123的材质较佳为透明导电材料，例如是铟锡氧化物、铟锌氧化物、铝锡氧化物、铝锌氧化物、铟镓锌氧化物或其他合适的氧化物或者是上述至少二者的堆叠层。
在本实施例中，第一平坦层PL1位于第一电极121与第二电极123之间，且指纹感测装置100还可以包括第二平坦层PL2，第二平坦层PL2可覆盖第二电极123，但本发明不限于此。在一些实施例中，第一平坦层PL1具有多个孔洞TH，且第二电极123共形地(conformally)形成于第一平坦层PL1上，使得第二电极123相应地形成有多个凹部ST。举例而言，第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2的材质可以包括有机材料，例如压克力(acrylic)材料、硅氧烷(siloxane)材料、聚酰亚胺(polyimide)材料、环氧树脂(epoxy)材料或上述材料的叠层，但本发明不限于此。
在本实施例中，第一绝缘层BP1位于第二平坦层PL2与第一遮光层BM1之间。在感测区SA，第一遮光层BM1可以具有多个通孔V1，且多个通孔V1分别重叠感测元件120的第二电极123的多个凹部ST。如此一来，感测元件120便可接收通过通孔V1的光线而进行感测。
请同时参照图1A以及图1D至图1F，在本实施例中，第一平坦层PL1、第二平坦层PL2、第一绝缘层BP1以及第一遮光层BM1可以从感测区SA延伸经过操作区MA，并延伸至周边区PA。第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2可以具有第一沟槽T1，且第一沟槽T1位于周边区PA。在一些实施例中，第一沟槽T1于基板110的正投影落入第一信号线SL1于基板110的正投影内。
第一绝缘层BP1可以延伸进入第一沟槽T1中，并包覆第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2的侧壁。第一绝缘层BP1的第一开口OP1可以重叠第一信号线SL1，而暴露出第一信号线SL1，使得第一遮光层BM1可以通过第一开口OP1连接第一信号线SL1。在本实施例中，第一绝缘层BP1的材质可以包括无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述材料的叠层，但本发明不限于此。
在本实施例中，第一遮光层BM1例如可以包括金属层以及透明氧化物层，其中金属层可位于第一绝缘层BP1与透明氧化物层之间，但本发明不限于此。上述金属层的材质可以包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛等金属。在一些实施例中，上述金属层也可以具有单层结构或多层结构，多层结构例如铝层、钼层、钛层的组合，例如铝层、钼层、钛层中任意两层或更多层的叠层，可视需要进行组合与变化。举例而言，上述金属层可以包括依续堆叠的钛层、铝层以及钛层或是依续堆叠的钼层、铝层以及钼层，但本发明不以此为限。上述透明氧化物层的材质可以包括反射率低的透明氧化物，例如钼钽氧化物(MoTaOx)，但本发明不以此为限。
在本实施例中，第一信号线SL1可以是接地线，但本发明不限于此。在一些实施例中，第一信号线SL1也可以是具有强电压的直流电源线，视实际的设计需求而定。第一信号线SL1的材质可以是导电性良好的金属或合金，例如：金、银、铜、铝、钛、钼或其组合等，但本发明不以此为限。
以下，继续说明本发明的另一实施例。图2A是本发明一实施例的指纹感测装置100A的俯视示意图。图2B是沿图2A的剖面线D-D’所作的剖面示意图。图2C是沿图2A的剖面线E-E’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图2A省略了第一平坦层PL1、第二平坦层PL2以及第一遮光层BM1。以下，配合图2A至图2C，继续说明指纹感测装置100A的各个元件与膜层的实施方式，且沿用1A至图1F的实施例中所采用的元件标号与相关内容，但本发明不以此为限。
与图1A至图1F所示的指纹感测装置100相比，如图2A至图2C所示的指纹感测装置100A中的结构的不同之处在于：第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2还具有第二沟槽T2，第二沟槽T2位于第一沟槽T1与操作元件130之间。另外，第一绝缘层BP1具有第一开口OP1以及第二开口OP2，第二开口OP2位于第二沟槽T2中，且第一遮光层BM1位于第一开口OP1以及第二开口OP2中。
在本实施例中，第一遮光层BM1通过第一开口OP1连接第一信号线SL1，以对指纹感测装置100A提供抗ESD保护。另外，第二开口OP2可以暴露出第一平坦层PL1下方的膜层，且第一遮光层BM1可以接触第一平坦层PL1下方的膜层，使得第二沟槽T2中的第一绝缘层BP1以及第一遮光层BM1可以阻绝水气进入第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2中。由于第二沟槽T2中的第一绝缘层BP1以及第一遮光层BM1可以更近距离地包覆操作元件130(包括驱动元件131、132以及测试元件133)旁的第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2，因此，能够更近距离地防止水气进入操作元件130周围的第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2中。
图3A是本发明一实施例的指纹感测装置100B的俯视示意图。图3B是图3A的指纹感测装置100B的感测区SA的区域III的放大示意图。图3C是沿图3B的剖面线F-F’所作的剖面示意图。图3D是图3A的指纹感测装置100B的周边区PA的区域IV的放大示意图。图3E是沿图3A的剖面线G-G’所作的剖面示意图。图3F是沿图3A的剖面线H-H’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图3A省略了第一平坦层PL1、第二平坦层PL2、第一绝缘层BP1、第一遮光层BM1、第三平坦层PL3以及第二遮光层BM2。以下，配合图3A至图3F，继续说明指纹感测装置100B的各个元件与膜层的实施方式，且沿用1A至图1F的实施例中所采用的元件标号与相关内容，但本发明不以此为限。
与图1A至图1F所示的指纹感测装置100相比，如图3A至图3F所示的指纹感测装置100B中的结构的不同之处在于：指纹感测装置100B于第一遮光层BM1上还依序包括第三平坦层PL3、第二绝缘层BP2以及第二遮光层BM2，其中第三平坦层PL3具有第三沟槽T3，且第三沟槽T3重叠第一沟槽T1。第二绝缘层BP2具有第三开口OP3，且第三开口OP3位于第三沟槽T3中。第二遮光层BM2通过第三开口OP3连接第一遮光层BM1。
请同时参照图3A至图3C，在本实施例中，第二遮光层BM2于感测区SA可以具有多个通孔V2，且通孔V2分别重叠第一遮光层BM1中的通孔V1。如此一来，通孔V1以及通孔V2可以调控感测元件120的收光角度，使感测元件120具有良好的指纹图像品质，从而使指纹感测装置100B具有良好的指纹辨识度。
在本实施例中，第二遮光层BM2的材质可以包括金属、黑色树脂或石墨等遮光材料、或上述遮光材料的叠层。举例而言，在一些实施例中，第二遮光层BM2可以包括金属层以及透明氧化物层的叠层，其中金属层的材质可以包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛等金属或其叠层，透明氧化物层的材质可以包括反射率低的透明氧化物，例如钼钽氧化物(MoTaOx)。在一些实施例中，第二遮光层BM2可以包括黑色树脂或石墨等非导电性材料。
请同时参照图3A以及图3D至图3F，在本实施例中，第三平坦层PL3位于第一遮光层BM1与第二绝缘层BP2之间，且第二绝缘层BP2位于第三平坦层PL3与第二遮光层BM2之间。第三平坦层PL3、第二绝缘层BP2以及第二遮光层BM2可以从感测区SA延伸经过操作区MA，并延伸至周边区PA。第三平坦层PL3的材质可以包括有机材料，例如压克力(acrylic)材料、硅氧烷(siloxane)材料、聚酰亚胺(polyimide)材料、环氧树脂(epoxy)材料或上述材料的叠层，但本发明不限于此。第二绝缘层BP2的材质可以包括无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述材料的叠层，但本发明不限于此。
在本实施例中，第二绝缘层BP2可以延伸进入第三沟槽T3中，并完全包覆第三平坦层PL3的侧壁，以阻绝水气进入第三平坦层PL3。第三开口OP3至少暴露出第一遮光层BM1于第一沟槽T1内的部分，以便第二遮光层BM2通过第三开口OP3接触第一遮光层BM1。
图4A是本发明一实施例的指纹感测装置100C的俯视示意图。图4B是沿图4A的剖面线J-J’所作的剖面示意图。图4C是沿图4A的剖面线K-K’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图4A省略了第一平坦层PL1、第二平坦层PL2、第一遮光层BM1、第三平坦层PL3以及第二遮光层BM2。以下，配合图4A至图4C，继续说明指纹感测装置100C的各个元件与膜层的实施方式，且沿用3A至图3F的实施例中所采用的元件标号与相关内容，但本发明不以此为限。
与图3A至图3F所示的指纹感测装置100B相比，如图4A至图4C所示的指纹感测装置100C中的结构的不同之处在于：第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2还具有第二沟槽T2，第二沟槽T2位于第一沟槽T1与操作元件130之间。另外，第一绝缘层BP1还具有第二开口OP2，第二开口OP2位于第二沟槽T2中，且第一遮光层BM1位于第二开口中OP2。
在本实施例中，第二沟槽T2可二度分隔第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2，且第二沟槽T2中的第一绝缘层BP1以及第一遮光层BM1可以阻绝水气进入第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2中。由于第二沟槽T2中的第一绝缘层BP1以及第一遮光层BM1可以更近距离地包覆操作元件130(包括驱动元件131、132以及测试元件133)旁的第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2，因此，能够更近距离地降低水气对操作元件130造成的影响。
图5A是本发明一实施例的指纹感测装置100D的俯视示意图。图5B是图5A的指纹感测装置100D的感测区SA的区域V的放大示意图。图5C是沿图5B的剖面线L-L’所作的剖面示意图。图5D是沿图5A的剖面线M-M’所作的剖面示意图。图5E是沿图5A的剖面线N-N’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图5A省略了第一平坦层PL1、第二平坦层PL2、第一绝缘层BP1、第一遮光层BM1、第三平坦层PL3、第二绝缘层BP2、第二遮光层BM2、第四平坦层PL4、第三绝缘层BP3、第五平坦层PL5、第三遮光层BM3以及微透镜结构ML。以下，配合图5A至图5E，继续说明指纹感测装置100D的各个元件与膜层的实施方式，且沿用3A至图3F的实施例中所采用的元件标号与相关内容，但本发明不以此为限。
与图3A至图3F所示的指纹感测装置100B相比，如图图5A至图5E所示的指纹感测装置100D中的结构的不同之处在于：指纹感测装置100D于第二遮光层BM2上还依序包括第四平坦层PL4、第三绝缘层BP3、第五平坦层PL5、第四绝缘层BP4、第三遮光层BM3以及微透镜结构ML，其中第四平坦层PL4、第三绝缘层BP3以及第五平坦层PL5具有第四沟槽T4，第四沟槽T4重叠第三沟槽T3。第四绝缘层BP4具有第四开口OP4，第四开口OP4位于第四沟槽T4中。第三遮光层BM3通过第四开口OP4连接第二遮光层BM2。
请同时参照图5A至图5C，在本实施例中，第三遮光层BM3于感测区SA可以具有多个通孔V3，通孔V3分别重叠第二遮光层BM2中的通孔V2，且通孔V3中可以设置微透镜结构ML。微透镜结构ML可以是中心厚度较边缘厚度大的透镜结构，例如对称双凸透镜、非对称双凸透镜、平凸透镜或凹凸透镜。微透镜结构ML可以提升光准直，使散射光或折射光所导致的漏光及混光的问题能够降低，进而提高图像解像力。如此一来，来自外界的光线可以先通过微透镜结构ML、通孔V2以及通孔V1提升准直度，再进入感测元件120，以使感测元件120可以取得品质良好的指纹图像，从而使指纹感测装置100D具有良好的指纹辨识度。
在本实施例中，第三遮光层BM3的材质可以包括金属、黑色树脂或石墨等遮光材料、或上述遮光材料的叠层。举例而言，在一些实施例中，第三遮光层BM3可以包括金属层以及透明氧化物层的叠层，其中金属层的材质可以包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛等金属或其叠层，透明氧化物层的材质可以包括反射率低的透明氧化物，例如钼钽氧化物(MoTaOx)。在一些实施例中，第三遮光层BM3可以包括黑色树脂或石墨等非导电性材料。
请同时参照图5A以及图5D至图5E，在本实施例中，第四平坦层PL4位于第二遮光层BM2与第三绝缘层BP3之间；且第三绝缘层BP3位于第四平坦层PL4与第五平坦层PL5之间。在一些实施例中，指纹感测装置100D还可以包括红外线遮蔽层IR，红外线遮蔽层IR可位于第三绝缘层BP3与第五平坦层PL5之间。第四平坦层PL4、第三绝缘层BP3、红外线遮蔽层IR以及第五平坦层PL5可以从感测区SA延伸经过操作区MA，并延伸至周边区PA。
第四平坦层PL4以及第五平坦层PL5的材质可以包括有机材料，例如压克力(acrylic)材料、硅氧烷(siloxane)材料、聚酰亚胺(polyimide)材料、环氧树脂(epoxy)材料或上述材料的叠层，但本发明不限于此。第三绝缘层BP3以及第四绝缘层BP4的材质可以包括无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述材料的叠层，但本发明不限于此。红外线遮蔽层IR可以阻挡红外线进入，以避免强光环境下破坏指纹图像。红外线遮蔽层IR的材质包括例如绿色色阻。
在本实施例中，第四绝缘层BP4可以延伸进入第四沟槽T4中，并完全包覆第四平坦层PL4、第三绝缘层BP3、红外线遮蔽层IR以及第五平坦层PL5的侧壁，以阻绝水气进入第四平坦层PL4以及第五平坦层PL5。第四开口OP4至少暴露出第二遮光层BM2于第三沟槽T3内的部分，以便第三遮光层BM3通过第四开口OP4接触第二遮光层BM2。
图6A是本发明一实施例的指纹感测装置100E的俯视示意图。图6B是沿图6A的剖面线P-P’所作的剖面示意图。图6C是沿图6A的剖面线Q-Q’所作的剖面示意图。为了使附图的表达较为简洁，图6A省略了第一平坦层PL1、第二平坦层PL2、第一遮光层BM1、第三平坦层PL3以及第二遮光层BM2。以下，配合图6A至图6C，继续说明指纹感测装置100E的各个元件与膜层的实施方式，且沿用图1A至图1F的实施例中所采用的元件标号与相关内容，但本发明不以此为限。
与图1A至图1F所示的指纹感测装置100相比，如图6A至图6C所示的指纹感测装置100E中的结构的不同之处在于：指纹感测装置100E还包括第二信号线SL2，且指纹感测装置100E于第一遮光层BM1上还依序包括第三平坦层PL3、第二绝缘层BP2以及第二遮光层BM2。第一信号线SL1位于第二信号线SL2与操作元件130之间。第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2还具有第五沟槽T5，第五沟槽T5重叠第二信号线SL2。第一绝缘层BP1还具有第五开口OP5，第五开口OP5位于第五沟槽T5中。第三平坦层PL3具有第六沟槽T6，第六沟槽T6重叠第五沟槽T5。第二绝缘层BP2具有第六开口OP6，且第六开口OP6位于第五开口OP5中。第二遮光层BM2通过第六开口OP6连接第二信号线SL2。
在本实施例中，第二遮光层BM2的材质可以包括金属、黑色树脂或石墨等遮光材料、或上述遮光材料的叠层。举例而言，在一些实施例中，第二遮光层BM2可以包括金属层以及透明氧化物层的叠层，其中金属层的材质可以包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛等金属或其叠层，透明氧化物层的材质可以包括反射率低的透明氧化物，例如钼钽氧化物(MoTaOx)。在一些实施例中，第二遮光层BM2可以包括黑色树脂或石墨等非导电性材料。
在本实施例中，第二信号线SL2可以是接地线，但本发明不限于此。在一些实施例中，第二信号线SL2也可以是具有强电压的直流电源线，视实际的设计需求而定。第二信号线SL2的材质可以是导电性良好的金属或合金，例如：金、银、铜、铝、钛、钼或其组合等，但本发明不以此为限。
请同时参照图6A至图6C，在本实施例中，第一绝缘层BP1可以先延伸进入第一沟槽T1中，再延伸进入第五沟槽T5中，也就是说，第一绝缘层BP1可以完全包覆第一平坦层PL1以及第二平坦层PL2。另外，第一遮光层BM1可以延伸至第一沟槽T1中与第一信号线SL1连接即可，而不再继续延伸至第五沟槽T5。
在本实施例中，第三平坦层PL3位于第一遮光层BM1与第二绝缘层BP2之间，且第二绝缘层BP2位于第三平坦层PL3与第二遮光层BM2之间。第三平坦层PL3、第二绝缘层BP2以及第二遮光层BM2可以从感测区SA延伸经过操作区MA，并延伸至周边区PA。第三平坦层PL3的材质可以包括有机材料，例如压克力(acrylic)材料、硅氧烷(siloxane)材料、聚酰亚胺(polyimide)材料、环氧树脂(epoxy)材料或上述材料的叠层，但本发明不限于此。第二绝缘层BP2的材质可以包括无机材料，例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述材料的叠层，但本发明不限于此。
第二绝缘层BP2可以延伸进入第六沟槽T6中，并完全包覆第三平坦层PL3的侧壁，以阻绝水气进入第三平坦层PL3。在一些实施例中，第二绝缘层BP2还可以沿着第一绝缘层BP1的上表面延伸进入第五开口OP5中。此外，第二绝缘层BP2的第六开口OP6可以重叠第五开口OP5，而暴露出第二信号线SL2，因此，第二遮光层BM2可以通过第六开口OP6连接第二信号线SL2。当第二遮光层BM2为导电材料时，第二遮光层BM2能够经由第二信号线SL2导出静电，从而对指纹感测装置100E提供抗ESD保护。
在本实施例中，第一遮光层BM1以及第二遮光层BM2中至少一者可以包括金属层以及透明氧化物层的叠层，其中金属层可位于第一绝缘层BP1或第二绝缘层BP2与透明氧化物层之间。上述金属层的材质可以包括导电性良好的金属，例如铝、钼、钛等金属。在一些实施例中，上述金属层也可以具有单层结构或多层结构，多层结构例如上述导电金属中任意两层或更多层的叠层，可视需要进行组合与变化。举例而言，上述金属层可以包括依续堆叠的钛层、铝层以及钛层或是依续堆叠的钼层、铝层以及钼层，但本发明不以此为限。上述透明氧化物层的材质可以包括反射率低的透明氧化物，例如钼钽氧化物(MoTaOx)，但本发明不以此为限。
图7是本发明一实施例的显示设备10的剖面示意图。以下，配合图7继续说明显示设备10的各个元件与膜层的实施方式，且沿用图1A至图1F的实施例中所采用的元件标号与相关内容，但本发明不以此为限。
显示设备10包括指纹感测装置100F以及显示装置200，其中指纹感测装置100F适用于显示装置200，以为显示设备10提供指纹辨识的功能。指纹感测装置100F的结构可类似于前述的指纹感测装置100、100A、100B、100C、100D、100E，因此，指纹感测装置100F可具有良好的防湿及抗ESD功能。
在一些实施例中，指纹感测装置100F可设置于显示装置200的背侧，使得上述实施例中的感测元件120可位于显示装置200与基板110之间，但本发明不限于此。显示装置200例如可以包括像素阵列基板210与盖基板220，且像素阵列基板210可位于指纹感测装置100F与盖基板220之间。
在本实施例中，当手指F靠近盖基板220时，像素阵列基板210中发出的光线LR可被手指F反射至指纹感测装置100F中的感测元件120。由于通孔V1、通孔V2或微透镜结构ML具有光准直效果，因此，光线LR被手指F反射所产生的反射光可准直地进入感测元件120中，使得感测元件120能够感测出清晰的指纹纹峰/纹谷信号，从而得到品质良好的指纹图像。
综上所述，本发明的指纹感测装置利用沟槽来分隔平坦层，并通过平坦层与绝缘层的有机材料/无机材料叠构来阻绝水气，能够防止有机材料吸收水气，以避免水气影响操作元件的性质。另外，遮光层连接信号线可以导出静电，而能够对指纹感测装置提供抗ESD保护。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。
Claims (20)
1.一种指纹感测装置，具有一感测区、一操作区及一周边区，其中该操作区位于该感测区与该周边区之间，该指纹感测装置包括：
一基板；
一感测元件，位于该感测区；
一操作元件，位于该操作区；
一第一信号线，位于该周边区；
一第一平坦层，位于该基板上，且具有一第一沟槽，其中该第一沟槽重叠该第一信号线；
一第一绝缘层，位于该第一平坦层上以及该第一沟槽中，且具有一第一开口，其中该第一开口位于该第一沟槽中；以及
一第一遮光层，位于该第一绝缘层上，且通过该第一开口连接该第一信号线。
2.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该操作元件包括驱动元件及测试元件。
3.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该第一平坦层包括有机材料。
4.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该第一绝缘层包括无机材料。
5.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该第一开口重叠该第一信号线。
6.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该第一遮光层包括金属层及透明氧化物层。
7.如权利要求6所述的指纹感测装置，其中该金属层包括铝层、钼层、钛层或其组合。
8.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中该第一信号线为接地线或直流电源线。
9.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中：
该第一平坦层还具有一第二沟槽，该第二沟槽位于该第一沟槽与该操作元件之间；
该第一绝缘层还具有一第二开口，该第二开口位于该第二沟槽中；且
该第一遮光层位于该第二开口中。
10.如权利要求1所述的指纹感测装置，其中于该第一遮光层上还依序包括一第三平坦层、一第二绝缘层以及一第二遮光层，其中：
该第三平坦层具有一第三沟槽，该第三沟槽重叠该第一沟槽；
该第二绝缘层具有一第三开口，该第三开口位于该第三沟槽中；且
该第二遮光层通过该第三开口连接该第一遮光层。
11.如权利要求10所述的指纹感测装置，其中该第二遮光层包括金属层及透明氧化物层。
12.如权利要求10所述的指纹感测装置，其中该第一平坦层还具有一第二沟槽，该第二沟槽位于该第一沟槽与该操作元件之间，该第一绝缘层还具有一第二开口，该第二开口位于该第二沟槽中，且该第一遮光层位于该第二开口中。
13.如权利要求10所述的指纹感测装置，其中于该第二遮光层上还依序包括一第四平坦层、一第三绝缘层、一第五平坦层、一第四绝缘层、一第三遮光层以及一微透镜结构，其中：
该第四平坦层、该第三绝缘层以及该第五平坦层具有一第四沟槽，该第四沟槽重叠该第三沟槽；
该第四绝缘层具有一第四开口，该第四开口位于该第四沟槽中；且
该第三遮光层通过该第四开口连接该第二遮光层。
14.如权利要求13所述的指纹感测装置，其中该第三遮光层具有第三通孔，且该微透镜结构设置于该第三通孔中。
15.如权利要求13所述的指纹感测装置，其中该第三遮光层包括金属层及透明氧化物层。
16.如权利要求1所述的指纹感测装置，还包括一第二信号线，且于该第一遮光层上还依序包括一第三平坦层、一第二绝缘层以及一第二遮光层，其中：
该第一信号线位于该第二信号线与该操作元件之间；
该第一平坦层还具有一第五沟槽，该第五沟槽重叠该第二信号线；
该第一绝缘层还具有一第五开口，该第五开口位于该第五沟槽中；
该第三平坦层具有一第六沟槽，该第六沟槽重叠该第五沟槽；
该第二绝缘层具有一第六开口，该第六开口位于该第五开口中；且
该第二遮光层通过该第六开口连接该第二信号线。
17.如权利要求16所述的指纹感测装置，其中该第一遮光层包括金属层及透明氧化物层。
18.如权利要求16或17所述的指纹感测装置，其中该第二遮光层包括金属层及透明氧化物层。
19.如权利要求16所述的指纹感测装置，其中该第二信号线为接地线或直流电源线。
20.如权利要求1所述的指纹感测装置，适用于一显示装置，其中该感测元件位于该显示装置与该基板之间。
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